Новая технология для 3D-принтера позволит выпускать сверхпрочные металлические изделия
Фонд перспективных исследований (ФПИ) и Брянский государственный технический университет (БГТУ) успешно завершили проект по созданию прорывной технологии 3D-печати из металлической проволоки. Одно из главных достижений проекта – изделия, полученные с применением новой технологии, в 2–2,5 раза превосходят по прочности аналогичные, изготовленные из проката. Интерес к инновационной разработке уже проявляют госкорпорации «Роскосмос», «Ростех», «Росатом», а также ведущие предприятия авиастроительной отрасли. О результатах работы и секретах технологии руководитель научного коллектива профессор БГТУ Андрей КИРИЧЕК рассказал ответственному редактору «Независимого военного обозрения» Дмитрию ЛИТОВКИНУ.
– Андрей Викторович, 3D-печать из металла сегодня достаточно распространена во всем мире. Чем ваша технология отличается или превосходит уже существующие?
– Современные технологии выращивания металлических изделий обладают рядом недостатков, из-за которых они пока не получили широко промышленного применения. Если говорить о выращивании изделий из порошка, то этот метод из-за дороговизны и технологических особенностей экономически оправдан лишь для ограниченного круга не очень больших деталей.
Другая серьезная проблема – недостаточная точность. Погрешность изготовления деталей аддитивным способом измеряется десятыми долями миллиметра, а при создании современных машин требуется точность в сотые, тысячные доли миллиметра. Поэтому только что выращенные изделия сразу использовать невозможно, необходимо их дополнительно обрабатывать.
И, наконец, самый главный недостаток всех технологий выращивания деталей из металла – недостаточная прочность. В силу особенностей процесса выращивания в изделии возникают поры и несплошности, в лучшем случае обеспечивается прочность, соответствующая нижнему уровню свойств проката из того же материала.
– И вам удалось решить эти проблемы?
– Мы создали модульную установку, которая, работая в едином комплексе, выращивает, упрочняет и механически обрабатывает деталь. Для снижения себестоимости выращивания мы применяем метод электродуговой сварки с использованием проволоки. Практически одновременно с нами, в 2015 году, были созданы три фирмы в Германии, Норвегии и США, которые также стали заниматься разработкой технологии выращивания металлических изделий с помощью методов электродуговой сварки. Надо сказать, что эти три зарубежные компании на сегодняшний день демонстрируют бурный рост. То есть сам способ, сама идея была продуктивной.
Низкая себестоимость такого метода обусловлена не только тем, что проволока значительно дешевле порошка – оборудование для сварки в отличие от порошковых станков уже изготавливается массовым тиражом и поэтому стоит дешево. Появление способа выращивания методом электродуговой сварки делает аддитивные технологии сопоставимыми по экономической эффективности с традиционными технологиями и значительно расширяет спектр их применения в современном общем машиностроении, автомобилестроении, ракетостроении и так далее.
В разработанной нами установке применяются два фрезерных блока, которые обеспечивают необходимую точность деталей. Они могут работать как по отдельности, так и совместно с аддитивными модулями. На выходе мы получаем готовое изделие, которое можно устанавливать в машину.
– Цифры впечатляют. Каким образом удалось добиться таких показателей?
– Таких результатов еще не удалось достичь никому в мире. Это исключительно российская разработка, в ее основе лежит метод волнового деформационного упрочнения. Идею еще в 1990-х мы «подсмотрели» у горняков, которые применяли волны деформации для разрушения горных пород. В 2015 году мы обратились за поддержкой в Фонд перспективных исследований, который помог довести идею до создания полноценной технологии.
– Не могли бы в двух словах объяснить, как все-таки упрочняется деталь в вашей установке?
– В модуле упрочнения используется генератор импульсов, его основные элементы – боек и волновод. В результате наложения проходящих и отраженных волн в металле формируется уникальная многослойная гетерогенная, естественно армированная структура, обеспечивающая высокую вязкость и высокую прочность материала. Это способствует многократному повышению эксплуатационных свойств изделия.
– Эта технология работает только с изделиями, напечатанными на 3D-принтере? Можно ли с ее помощью упрочнить, например, танковую броню или кухонный нож?
– Технология позволяет упрочнять практически любые изделия из металла. Что касается брони, то мы проводили испытания на пулестойкость. Как показали тесты, применение нашего метода при упрочнении броневых листов в составе комплексной упрочняющей технологии позволяет снизить их массу на 15–30%, при этом сохраняется класс защиты по пулестойкости. Сегодня, когда конструкторам приходится биться буквально за каждый килограмм массы перспективных машин, наша разработка может оказать существенное влияние на дальнейшее развитие бронетехники.
– Есть мнение, что технологии 3D-печати будут востребованы при освоении космоса. Сможет ли ваша установка работать, например, на Луне?
– В столь отдаленную перспективу мы, честно говоря, не заглядывали. Но в отличие от традиционных производственных линий наша установка компактна, имеет сравнительно низкий уровень энергопотребления и не требует большой численности квалифицированного обслуживающего персонала. В качестве сырья используется обычная проволока, а при обработке деталей образуется минимальное количество отходов. Кроме того, работать порошком в условиях низкой гравитации крайне сложно, с проволокой все значительно проще. Так что если когда-нибудь возникнет необходимость организации производства металлических изделий на Луне, то наша технология здесь действительно будет выглядеть достаточно привлекательной.
– Что уже удалось напечатать на вашей установке?
– Изготовлен достаточно широкий спектр демонстрационных образцов в интересах наших потенциальных потребителей. Это крупногабаритные авиационные детали сложной формы, элементы артиллерийского вооружения, камера сгорания перспективного жидкостного ракетного двигателя и многое другое. Все изготовленные образцы соответствуют, а по ряду характеристик и превосходят предъявляемые технические требования.
Дмитрий Литовкин
